Os dinossauros dominavam a Terra e grandes tubarões e répteis marinhos dominavam os oceanos até cerca de 65 milhões de anos atrás. Eles ocupavam os nichos ecológicos principais e os mamíferos viviam se escondendo desses animais. Então, um meteoro com cerca de 10 km de diâmetro caiu na Península de Yucatán (México), gerando tsunamis de 150 metros de altura e elevando a temperatura da Terra a 500 graus em algumas partes. Essa catástrofe ambiental extinguiu da Terra os grandes animais e abriu espaço para os mamíferos ocuparem os nichos ecológicos deixados, como as áreas alagadas e os mares.
Estudos indicam que os cetáceos evoluíram de ungulados terrestres, o grupo que hoje em dia reúne cavalos, rinocerontes, antílopes, girafa, camelo, porco, etc.. Estes ancestrais dos cetáceos viviam há 55 milhões de anos no norte do subcontinente indiano, antes da Índia colidir com a Ásia e elevar as montanhas do Himalaia. Os ancestrais dos cetáceos eram animais pequenos, que habitavam as margens dos oceanos e estuários em busca de alimento e proteção de predadores. Aos poucos eles sofreram mutações progressivas. Os menos adaptados ao ambiente aquático e à dieta carnívora foram sendo extinto. A seleção natural não seleciona os mais fortes, ela seleciona os menos adaptados para serem excluídos do sistema natural.
Os Cetáceos Primitivos (Archaeoceti) eram divididos em seis famílias com alta diversidade morfológica e de habitats, que ocupavam desde a terra até o mar, incluindo águas doces e costeiras. A transição dos Cetáceos Primitivos para os Cetáceos Modernos, que se tornaram totalmente aquáticos, durou 15 milhões de anos. Há cerca de 45 milhões de anos os cetáceos chegaram à África e depois se espalharam para os outros continentes.
Taxonomicamente, os golfinhos pertencem à superordem Cetartiodactyla, que inclui os Arctiodactyla (bovinos, cervos e camelos) e os Cetancodonta (cetáceos e hipopótamos). Os cetáceos não derivam diretamente dos hipopótamos e nem vice-versa, mas os dois grupos compartilham um ancestral comum.
O termo Cetacea vem do grego, “ketos”, que significa monstro marinho. A palavra golfinho tem duas origens. No latim, “delphinus” significa peixe do mar e constelação. No grego, “delphisinos” significa com influência do golfo.
Taxonomicamente, os golfinhos pertencem à Ordem Artiodactyla, que possui quatro Subordem: Suiformes (porcos, javalis e queixada), Tylopoda (camelos e lhamas), Ruminantia (cervos, girafas, bovinos, cabras, carneiros e antílopes) e Cetancodonta (hipopótamos e cetáceos).
A Subordem Cetancodonta também é conhecida como Whippomorpha, que é uma palavra formada por partes das palavras vocabulares do inglês, nomeadamente das palavras baleia e hipopótamo em inglês (whale + hippopotamus) com a palavra forma em grego (morphos).
O hipopótamo (Hippopotamus amphibius) é o parente vivo mais próximo dos cetáceos, mas estes animais não derivam diretamente entre si. Hipopótamo e cetáceos compartilham um ancestral comum há cerca de 60 milhões de anos.